O 引言

　　Profibus是開放的,、與制造商無關(guān),、無知識產(chǎn)權(quán)保護的標準。因此世界上任何人都可以獲得該標準并設(shè)計各自的軟硬件解決方案,。Pro-fibus-DP通信接口的開發(fā)有兩種方案選擇：單片機+軟件;單片機+Profibus通信芯片ASIC,。

　　方案2中Profibus-DP協(xié)議完全由Profibus通信ASIC來實現(xiàn)，單片機主要處理用戶程序,。因此方案2開發(fā)周期相對少很多,，本文將采用單片機+Profibus通信ASIC來實現(xiàn)Profibus通信接口的設(shè)計。

　　1 Profibus-DP基本特性

　　Profibus包括三個兼容系列：Profibus-FMS,，Profibus-DP,，Profibus-PA。FMS提供大量的通信服務用于完成以中等傳輸速度進行的循環(huán)和非循環(huán)的通信服務;DP是一種經(jīng)過優(yōu)化的高速廉價的通信連接,，適用于實時性要求較高的場合,，主要用于自動控制與分散式外設(shè)之間的通信;PA是專為過程自動化而設(shè)計,，具有本質(zhì)安全性，用于安全性要求較高的場合及總線供電的站點,。

　　1.1 協(xié)議結(jié)構(gòu)

　　Profibus-DP協(xié)議采用了ISO/OSI模型的第1層(物理層),、第2層(數(shù)據(jù)鏈路層)，除去了3～7層,，并自定義了用戶接口層,，這種協(xié)議結(jié)構(gòu)保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目焖儆行А?/p>

　　1.2 報文結(jié)構(gòu)

　　Profibus-DP數(shù)據(jù)編碼采用異步不歸零制，傳輸線的空載電平為“1”,。為了避免數(shù)據(jù)傳輸中發(fā)生沖突而導致數(shù)據(jù)丟失,，在每個請求報文發(fā)送前必須保證33位(同步時間)的空載狀態(tài)。在單個字符間所有數(shù)據(jù)傳送時沒有間隙,，即無縫,。各種報文的格式如圖1所示。

　　1.3 Profibus-DP從站狀態(tài)機

　　圖2為DP從站狀態(tài)機的簡單圖示,。各種橢圓表示不同的狀態(tài),，帶箭頭的連線表示狀態(tài)間的轉(zhuǎn)換，連線上的文字表示狀態(tài)轉(zhuǎn)換所需滿足的條件,。

　　只有在Power_on狀態(tài),，從站可以接收來自二類主站的“Set_Slave_Address"報文，從而改變從站地址,，從站應具有非易失性存儲器來存儲從站地址,。內(nèi)部啟動后，從站進入wait_Prm狀態(tài),，等待“Wait_Prm”報文,。參數(shù)化報文由用戶組態(tài)時給定，包括一些標準的信息,，如識別號,、同步鎖定能力，還包括了一些用戶特別定義的數(shù)據(jù),，另外,，在此狀態(tài)從站還可以接收“Get_Cfg”報文、“Slave_Diag”報文,，但拒絕處理其他報文，不能進行數(shù)據(jù)通信,。如果Set_Prm正確,，從站進入wait_Cfg狀態(tài)，等待“Check_Cfg”報文,，該報文規(guī)定主站對它的配置信息,，即數(shù)據(jù)交換中的輸入輸出字節(jié)數(shù),。此外，也可接收“Get_Cfg”報文,、“Slave_Diag”的報文,。當參數(shù)化與配置正確通信，在此狀態(tài),，從站可以接收以下報文：Data_Exchange_Ok,、Writing_outputs，Reading_Inputs,，Global_Control,，Slave_Diag，Get_Cfg等,。從站接收主站的狀態(tài)請求后,，以高優(yōu)先級的診斷報文作為應答。診斷信息包括了標準診斷信息和與用戶有關(guān)的信息,。

　　2 通信接口硬件設(shè)計

　　本文選用的Profibus-DP的通信協(xié)議芯片為SPC3,。SPC3集成了全部的Profibus-DP協(xié)議。SPC3在DP方式下將完成所有DP-SAP的設(shè)置,。SPC3內(nèi)部集成了1.5 KB的雙口RAM,，包括參數(shù)寄存器、方式寄存器,、狀態(tài)寄存器,，中斷控制器等。SPC3內(nèi)部集成的看門狗定時器有3種工作狀態(tài)：波特率檢測,、波特率控制和從站控制,。內(nèi)部的USART可實現(xiàn)并行數(shù)據(jù)流和串行數(shù)據(jù)流的相互轉(zhuǎn)換。微順序控制器控制整個工作過程,?？臻e定時器直接控制串行總線的時序。

　　考慮到Profibus對速率的要求本文選用高速率,，低功耗的16位MSP430單片機,，采用Intel工作方式。CPU與SPC3接口電路如圖3所示,。對于MSP430單片機而言,，SPC3相當于它擴張的一個外部RAM。單片機可以通過訪問外部RAM的方法訪問SPC3的寄存器,。RS 485驅(qū)動器的一端與SPC3相連,，另一端通過9針D型插頭與總線相連。RS 485驅(qū)動器選擇SN75SLS176來滿足高速的數(shù)據(jù)通信,。

　　3 通信接口軟件設(shè)計

　　軟件設(shè)計是開發(fā)Profibus-DP通信接口的一個重要環(huán)節(jié),。由于SPC3集成了完整的DP協(xié)議,，因此在進行通信時，MSP430單片機不用參與處理DP狀態(tài)機,。主要任務是根據(jù)SPC3產(chǎn)生的中斷,，對SPC3接收到數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存，組織要通過SPC3發(fā)給的數(shù)據(jù),，并根據(jù)要求組織外部診斷,。

　　主程序流程圖如圖4所示，在SPC3正常工作之前,，需要進行初始化,，以配置需要的寄存器，包括設(shè)置協(xié)議芯片的中斷允許,，寫入從站識別號和地址,，設(shè)置SPC3方式寄存器，設(shè)置診斷緩沖區(qū),，配置緩沖區(qū),，地址緩沖區(qū)，初始化長度,，并根據(jù)以上初始值得出各個緩沖區(qū)的指針和輔助緩沖區(qū)的指針,。根據(jù)確定輸出緩沖區(qū)、輸入緩沖區(qū)及指針,，初始化流程圖如圖5所示,，初始化包括：SPC3硬件復位、硬件模式,、設(shè)置SPC3中斷屏蔽寄存器,、SPC3內(nèi)部看門狗、設(shè)備標識號,、緩沖區(qū)初始化,。

　　中斷程序流程圖如圖6所示，在Profibus-DP中最主要處理以下的中斷事件：新的參數(shù)報文事件,，全局控制命令報文事件,，進入或退出數(shù)據(jù)交換狀態(tài)事件，新的配置報文事件,，新的地址設(shè)置報文事件,，檢測到波特率事件，看門狗事件,。

　　4 結(jié)語

　　選用的MSP430單片機具有高速率,、低功耗的特點，SPC3芯片則集成了Profibus-DP全部協(xié)議內(nèi)容,，整系統(tǒng)功能相對完善,，使用方法簡單。本方案用于Profibus-DP通信接口的開發(fā),，可以減少開發(fā)周期,，實現(xiàn)開發(fā)的簡化。